CN102206539A - 一种利用亚临界醇类从微藻湿藻泥中提取油脂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从微藻湿藻泥中提取油脂的方法：加入低级醇类溶剂润洗，利用醇水的完全互溶性实现微藻细胞的脱水，离心后获得的微藻细胞加入低级醇类溶剂，于高压反应釜内将体系加热到亚临界状态，降低低级醇的极性，提高其对微藻油脂的溶解度，微藻细胞内的油脂因溶解而浸出，再降至室温或低温，微藻油脂因在低级醇中的溶解度降低而从醇油互溶体系中析出，实现油醇分离获得微藻油脂。本发明的优点在于可直接利用含水的微藻细胞为原料，无需干燥，节省了藻细胞干燥能耗；在亚临界状态下低级醇类溶剂对藻细胞破壁效果好，油脂提取率高、油醇分离简单，能耗低、过程易于放大。本发明对于解决低能耗高效微藻油脂的提取工艺及其微藻生物能源产业化具有重要意义。

Description

一种利用亚临界醇类从微藻湿藻泥中提取油脂的方法
技术领域
本发明属于微藻生化工程技术领域，具体地说涉及到一种利用亚临界低级醇类溶剂从微藻湿藻泥中提取油脂的方法。
背景技术
微藻是一种水生的光合自养微生物，它利用光能，以CO2和H2O作为底物进行细胞的生长，并合成大量的蛋白质、甘油三酯(TAGs)、色素、多糖等物质。微藻藻蛋白质在食品、医药、饲料等领域具有重要的应用价值，而甘油三酯(TAGs)是生物液体燃料(如生物柴油)的重要油脂原料来源。特别是随着世界性的化石原料如石油的日渐短缺，以动植物油脂(包括微藻油脂)为原料生产生物液体燃料受到世界各国的广泛关注，并竞相开展微藻生物柴油的研究。
微藻油脂提取是微藻生物柴油技术的关键之一。目前，从微藻细胞中提取微藻油脂的方法主要是机械压榨和溶剂萃取的方法。机械压榨方法存在油脂提取率偏低，能耗偏高的问题。而溶剂法通常采用的溶剂是氯仿/甲醇、乙醚、正己烷，有机溶剂用量大、提取时间长、成本高、环境友好性差。特别重要的是在上述两种提油方法均中需要对微藻进行脱水干燥处理，而微藻细胞含水量大，干燥能耗很高。因此高效经济低能耗的藻油提取技术已经成为降低微藻生物柴油成本瓶颈的重要途径之一。不经干燥、不用或少用溶剂，或环境较友好的溶剂从湿藻细胞中直接提取油脂对于解决上述瓶颈问题具有重要意义。
借鉴植物油料种子油脂提取的水剂法(又称水提法或水酶法)被认为是一种可以直接从湿藻细胞中提取油脂或其它成分的方法。如文献(Mendes-Pinto MM，Raposo MFJ，Bowen J，Young AJ，Morais R.Evaluationof different cell disruption processes on encysted cells of Haematococcuspluvialis：effects on astaxanthin recovery and implications for bio-availability.J Appl Phycol.2001；13：19-24)研究了雨生红球藻细胞分别采用蒸汽灭菌、碱、酸、酶等进行藻细胞的破壁后提取微藻内的胡萝卜素。中国专利CN02153296.6提取出一种蒸汽爆破进行海藻细胞破壁的方法，其原理是借助于胞内的高压气体瞬间释放产生的细胞内外压差冲破细胞壁。其方法是将海藻细胞蒸汽加热到80-100℃后，停止加热，再通入高压空气后，瞬间释放实现爆破破壁。但在实际应用于如细胞壁较厚、细胞壁蛋白含量较高的小球藻等微藻细胞，或细胞壁为硅质壳的硅藻细胞如三角褐指藻的细胞破壁时，效果并不很好，而大量高压空气瞬间释放时的爆破会使湿藻细胞飞溅，不利于细胞收集。曾经有提出利用蒸汽处理技术实现微藻湿细胞的破壁、油脂与蛋白质同时提取(中国专利CN2008 1024 0949.3)，但由于蛋白质的乳化使得油脂提取率降低，油水分离较困难。
亚临界溶剂提取技术是一种新的加速萃取技术。其原理是将样品置于密闭容器中，加温、加压，通过升高压力来提高溶剂的沸点，使溶剂在高于正常沸点的温度下仍处于液态，加速了被提取物从原料颗粒基质中解析并快速进入溶剂。亚临界溶剂提取技术具有耗时少、消耗溶剂少、提取效率高、操作模式多样化以及操作过程自动化等优点，已经运用到药物分析、环境、食品、农检、商检、化工、进出口检验检疫、刑侦等诸多领域(刘静，戴安公司，ASE快速溶剂萃取技术-解决您化学实验样品前处理的最新技术[J]。检验检疫科学，2003，13(2)：58.)。而甲醇、乙醇由于其低毒、价格便宜、提取效果好等优点，已经越来越多的被应用到亚临界溶剂提取技术中。Herrero等(Herrero M.，
Figure GSA00000049014600021
P.J.，
Figure GSA00000049014600022
F.J.，Cifuentes A.，E.，Optimization of accelerated solvent extraction ofantioxidants from Spirulina platensis microalga.Food Chemistry，2005，93：418-423.)利用亚临界溶剂提取技术，分别采用正己烷、石油醚、乙醇和水从微藻中提取了抗氧化物质，结果表明乙醇的提取效果最好。王乾等(王乾，刘三康，付春梅，李章万，加速溶剂提取法提取赤芍中的芍药苷，2006，21(2)：184-186)采用过热乙醇进行芍药苷的提取，结果表明，过热乙醇可以快速、高效的提取芍药苷，并且提取效果优于超声波索氏提取法
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用亚临界低级醇类溶剂从微藻藻泥中提取油脂的方法，以克服公知技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的利用亚临界醇类从微藻湿藻泥中提取油脂的方法，先用低级醇类溶剂对湿藻泥润洗脱水后，再利用低级醇类溶剂在亚临界状态下的极性降低而提高了藻油在醇溶剂中的溶解度，使微藻细胞内的油脂快速高效萃取，再利用低温下醇类溶剂的极性恢复导致的油脂在醇中的溶解度降低而实现油/醇自动分层，从而达到湿藻泥直接油脂提取的目的。
具体地，主要步骤如下：
1)微藻湿藻泥前处理：将微藻湿藻泥加入按其体积比1∶1-1∶30的低级醇类溶剂(甲醇或乙醇)润洗1-4次，离心，醇洗液可循环利用，也可在微藻色素/极性脂积累到一定程度后用一起回收微藻色素/极性脂；
2)亚临界溶剂提取：将离心后的藻泥加入1∶1-1∶30体积比的甲醇或乙醇置于反应釜中，向其中通入N2加压至0.5-5.0MPa，然后在80-150℃下加热20分钟-3小时，得到藻浆；
3)将上述获得的藻浆用离心或其它过滤方法去除微藻细胞残渣，得到混合液；
4)将上述醇油混合液降低温度至4-25℃，油相析出分层收集得到微藻油脂。
本发明直接使用产油微藻(比如但不限于：拟微拟球藻、小球藻、栅藻、角毛藻、三角褐指藻、金藻、盐藻或杜氏藻等产油微藻)的湿藻泥进行油脂的提取，避免了藻油提取传统技术中藻粉干燥环节，大大降低了微藻油脂提取成本，保证了较高的油脂提取率，过程放大容易。且醇类润洗过程中还可以使微藻中的部分色素与极性脂溶解进入醇洗液中，从而实现微藻色素与极性脂的部分提取回收。
附图说明
图1是本发明的湿藻油脂提取工艺流程示意图
具体实施方式
实施例1
称取拟微拟球藻湿藻泥100g(含水量80％，初始总脂含量33.4％)，用150ml无水乙醇润洗1次，4000rpm离心5min得藻泥，将乙醇相保留循环利用，所得藻泥中加入120ml的无水乙醇混合均匀，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.5MPa，加热到110℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，乙醇相降温至4℃后油醇分层，收集上层油相得藻油6g，总脂提取率89.8％。
实施例2
称取同实施例1的拟微拟球藻湿藻泥200g，用250ml 95％乙醇润洗2次，4000rpm离心5min得藻泥，将乙醇相保留循环利用，所得藻泥中加入120ml的无水乙醇混合均匀，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至0.75MPa，加热到90℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，乙醇相降温至室温(21℃)后油醇分层，收集上层油相得藻油10.9g，总脂提取率81.85％。
实施例3
称取栅藻湿藻泥100g(含水量82％，初始总脂含量43.5％)，用100ml无水乙醇润洗2次，4000rpm离心5min得藻泥，将乙醇相保留循环利用，所得藻泥中加入150ml的无水乙醇混合均匀，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至2.0MPa，加热到110℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，乙醇相降温至4℃后油醇分层，收集上层油相得藻油7.2g，总脂提取率92％。
实施例4
称取小球藻湿藻泥300g(含水量81％，初始总脂含量36.3％)，用600ml无水乙醇润洗2次，4000rpm离心5min得藻泥，将乙醇相保留循环利用，所得藻泥中加入450ml的无水乙醇混合均匀，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.5MPa，加热到115℃并反应45分钟，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，乙醇相降温至10℃后油醇分层，收集上层油相得藻油18.4g，总脂提取率88.8％。
实施例5
称取同实施例4的小球藻湿藻泥400g，用800ml工业乙醇润洗3次，4000rpm离心5min得藻泥，将乙醇相保留循环利用，所得藻泥中加入300ml的无水乙醇混合均匀，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.0MPa，加热到105℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，乙醇相降温至4℃后油醇分层，收集上层油相得藻油25.7g，总脂提取率93.2％。
以上的实施例中，将所用藻种可替换为金藻、三角褐指藻、角毛藻、盐藻或杜氏藻，或将萃取溶剂改为甲醇，重复上述实验步骤所得结果相似。

Claims (9)

1.一种利用亚临界醇类从微藻湿藻泥中提取油脂的方法，其主要步骤为：
A)产油微藻的湿藻泥加入低级醇类溶剂润洗，液固分离后去掉醇相得藻泥；
B)将步骤A得到藻泥中加入低级醇类溶剂制得混合液，将混合液放到高压反应釜中通入氮气，加热使低级醇类溶剂保持亚临界状态，反应后液固分离获得微藻油脂。
2.如权利要求1所述的方法，其中，产油微藻为拟微拟球藻、小球藻、栅藻、角毛藻、三角褐指藻、金藻、盐藻、杜氏藻中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的方法，其中，低级醇类溶剂为甲醇或乙醇，其浓度为质量比70-100％。
4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤A中微藻湿藻泥润洗1-4次。
5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤A中微藻湿藻泥加入按其体积比1∶1-1∶30的低级醇类溶剂进行润洗。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤B中藻泥和低级醇类溶剂的体积比为1∶1-1∶30。
7.如权利要求1所述的方法，其中，步骤B中通入的N2压力为0.5-5.0MPa，在80-150℃下加热20分钟-3小时。
8.如权利要求1所述的方法，其中，步骤B是将混合液降温至4-25℃，油相析出分层收集得到微藻油脂。
9.如权利要求1所述的方法，其中，固液分离为离心或过滤方法。
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